気体の流体中にある固体に作用する力について（相似則の問題かも）

質問

ある種の気体（比重ρ1＜1.0）の流れの中の、ある固体に作用する力を実験により調べたいのですが、事情により、やむなく空気を流して実験してます。
　この実験では、圧力、温度、流速は想定したものと同じものとし、その際に、ある固体に作用した力（固体を流そうと働く力）はＷでした。
　そこで、この結果から、本当に知りたい、ある気体（比重ρ1＜1.0）の流れの場合も、固体に作用する力はＷと考えてよいのでしょうか？感覚的には、比重ρ1の気体の方が、運動量の流れも小さいので、なんとな～く作用力も小さくなるような気がします。その一方で、作用する力とは、固体の周りの圧力分布の合計になるわけですから、固体周りの圧力分布が同じであれば（比重が変っても圧力分布は一緒だと思い込んでます）、作用力も同じのような気もします。
　いづれにしても、当方には、説明に足りる理屈がありませんので、どなたか助けてくださいませ。
以上

回答No.2

moby_dick · ベストアンサー

この場合、気体は動いているので、
全圧力は、静圧と動圧の和になります。
（つまり、全圧＝静圧＋動圧）

静圧は、言われている圧力。
動圧は、流体が、流れる為に、その固体などに作用する圧力です。

それで、
動圧は、簡単な考えでは、流体の密度に比例するので、
（つまり、動圧＝(1/2)・[密度]・[流速]＾２）

「感覚的には、比重ρ1の気体の方が、運動量の流れも小さいので、なんとな～く作用力も小さくなるような気がします。」が正しいです。

また、
固体の周りの圧力分布の考えは、この動圧に対応する訳で、

「固体周りの圧力分布が同じであれば（比重が変っても圧力分布は一緒だと思い込んでます）、作用力も同じのような気もします。」
で、

「（比重が変っても圧力分布は一緒だと思い込んでます）、作用力も同じのような気もします。」の部分が正しくない訳です。

お礼

次元の件、勘違いしてました。両辺とも同じであること確認できました。失礼致しました。
ありがとうございます。

補足

早々の返答ありがとうございます。
納得できたようにおもいます。
ただ、「動圧＝(1/2)・[密度]・[流速]＾２」
の左辺の単位（たとえばＮ/ｍ＾２）と右辺の次元が合わないような気がするのですが。。。
ご教示いただければ幸いです。

回答No.3

N64

＞つまり、レイノルズ数もことなります。
おっしゃるとおりです。
レイノルズ数が等しくなるように、条件を設定できなければ、正しい結果を得ることは、困難だと思います。

お礼

ありがとうございます。

回答No.1

N64

お考えの通り、相似則の問題だと思います。この場合、レイノルズ数が同じなら、作用する力も、同じだと思います。

お礼

早々の回答、ありがとうございます。
尚、今回の場合は、空気の場合と、ある種の気体（比重ρ1＜1.0）では、流速は同じですが、気体の種類が違うので、おそらく、動粘性係数もことなるはず（ほぼ同じかもりれませんが）。つまり、レイノルズ数もことなります。よって、２つの現象に相似の関係は成り立たないと思うのですが。。。。